СИСТЕМА НАКЛОННО-НАПРАВЛЕННОГО БУРЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2016 года по МПК E21B7/08 

Уровень техники

Настоящее изобретение в целом относится к оборудованию и операциям, используемым в связи с бурением подземных скважин, и в частности, в одном раскрытом ниже примере, к системам наклонно-направленного бурения.

Предпосылки создания изобретения

Наклонно-направленное бурение относится к технологии управления направлением бурения, по существу - к способу «управляемого отклонения» бурового долота, применяемому для бурения скважины в подземной формации в требуемом месте и в требуемом направлении. Известны способы управляемого отклонения бурового долота в режиме скольжения (например, при отсутствии вращения бурильной колонны над забойным двигателем) и методы управляемого отклонения бурового долота при роторном бурении (с вращением бурильной колонны).

Понятно, что задача совершенствования технологии наклонно-направленного бурения является актуальной.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 в качестве примера частично показана в разрезе система наклонно-направленного бурения и проиллюстрирован соответствующий способ, которые могут воплощать идеи настоящего изобретения.

На фиг. 2 в качестве примера в увеличенном виде показан в разрезе узел отклонения долота, который может быть использован в системе наклонно-направленного бурения, приведенной на фиг. 1.

На фиг. 3 в качестве примера в увеличенном виде показан узел отклонения долота в разрезе по линии 3-3 с фиг. 2.

На фиг. 4 в качестве примера показан в разрезе другой вариант узла отклонения долота.

На фиг. 5 в качестве примера показан в разрезе еще один вариант узла отклонения долота.

На фиг. 6 в качестве примера показан в разрезе инструмент для бокового смещения, который может быть использован в системе наклонно-направленного бурения, приведенной на фиг. 1.

Подробное раскрытие изобретения

На фиг. 1 в качестве примера показана система 10 наклонно-направленного бурения и проиллюстрирован соответствующий способ, причем данные система и способ могут воплощать идеи настоящего изобретения. Система 10 предназначена для бурения ствола 12 скважины в подземном пласте 14 в требуемом направлении.

В примере, показанном на фиг. 1, система 10 содержит компоновку 30 низа бурильной колонны, в которую входят буровое долото 16, узел 18 отклонения долота, опционально сочлененный корпус 20, узел 22 гибкого вала, забойный двигатель 24 (например, объемный двигатель, гидравлический забойный двигатель, турбина и т.п.), поворотный соединитель 26, скважинные датчики и телеметрические устройства 28 (такие как датчики и телеметрические приемопередатчики средств инклинометрии в процессе бурения (MWD, от англ. measurement while drilling), средств измерения давления в процессе бурения (PWD, от англ. pressure while drilling) и/или средств каротажа в процессе бурения (LWD, от англ. logging while drilling) и т.п.).

Скважинные датчики могут содержать датчики для измерения давления, температуры, силы, вибрации, расхода, крутящего момента, удельного сопротивления, уровня радиации и/или проч. в любом количестве и в любом сочетании. Скважинные телеметрические устройства могут передавать и/или получать пульсации давления, электромагнитные и акустические сигналы, сигналы, передаваемые по проводам, данные об уровне давления и расходе, информацию о манипуляциях с бурильной колонной 32 и/или прочие сведения с целью обмена данными, командами, сигналами и т.п. между точками, расположенными в скважине, и удаленными точками (например, расположенными на поверхности, в другой скважине, на буровой установке и т.д.). Могут быть использованы сочетания телеметрических режимов работы для дублирования функций, а также могут быть применены различные телеметрические средства для передачи данных на большие и малые расстояния.

Сочлененный корпус 20, узел 22 гибкого вала, двигатель 24, поворотный соединитель 26, скважинные датчики и телеметрические устройства 28 могут быть сходны со стандартными известными инструментами, применяемыми в технологии бурения, поэтому в данном документе они описаны кратко. Однако следует понимать, что в эти инструменты могут быть внесены изменения, специально направленные на их адаптацию к использованию в компоновке 30 низа бурильной колонны.

Сочлененный корпус 20 позволяет компоновке 30 низа бурильной колонны изгибаться по месту его расположения. Это позволяет компоновке 30 низа бурильной колонны изгибаться в искривленном стволе 12 скважины и в некоторых случаях может обеспечить большее отклонение долота 16, в результате чего может быть достигнут меньший радиус кривизны ствола скважины (например, для обеспечения более высокого темпа набора кривизны).

Сочлененный корпус 20 может быть регулируемым в том смысле, что может иметь требуемый фиксированный изгиб, или сочлененный корпус 20 можно по необходимости изгибать непосредственно в скважине в соответствии с изгибом ее ствола 12. Сочлененный корпус 20 может иметь фиксированный изгиб как в случае бурения ствола 12 скважины с вращающейся бурильной колонной 32, так и при бурении ствола 12 скважины без вращения бурильной колонны.

При необходимости сочлененный корпус 20 может быть использован для корпуса 84 в узле 18 отклонения долота. В этой конфигурации сочлененный корпус 20 может накладываться на сочленение 54 вала (см. фиг. 2, 4 и 5).

Узел 22 гибкого вала содержит внутри гибкий вал, соединенный с ротором двигателя 24, если этот двигатель представляет собой объемный двигатель Муано. При этом ротор может совершать круговое движение в двигателе 24, передавая через гибкий вал крутящий момент. Узел 22 гибкого вала можно не использовать, если двигатель 24 является турбиной или двигателем иного типа.

Вместо гибкого вала для соединения вала с ротором объемного двигателя Муано можно использовать шарнир равных угловых скоростей или гибкое соединение другого типа. Таким образом, следует понимать, что идеи настоящего изобретения не ограничиваются применением каких-либо конкретных скважинных инструментов или их сочетаний, так как существует большое множество вариантов расположения в компоновке 30 низа бурильной колонны различных комбинаций инструментов.

Поворотный соединитель 26 передает сигналы между вращающимся валом (например, соединенным с ротором двигателя 24) и датчиками и телеметрическими устройствами 28, что дает возможность прокладывать линии (например, электрические проводники, оптические волноводы и т.п.) через вращающийся вал, ротор и т.д. к инструментам, исполнительным органам, датчикам и прочему оборудованию, расположенному ниже двигателя 24.

Следует отметить, что различные элементы компоновки 30 низа бурильной колонны, раскрытые в настоящем документе, являются лишь одним примером сочетания элементов, которые могут быть использованы для осуществления наклонно-направленного бурения. Однако следует четко понимать: не обязательно, чтобы каждый элемент, показанный на чертежах или раскрытый в настоящем документе, входил в состав системы наклонно-направленного бурения в соответствии с объемом настоящего изобретения. Кроме того, системы наклонно-направленного бурения, воплощающие идеи настоящего изобретения, могут содержать дополнительные или иные элементы, не раскрытые в настоящем документе. Таким образом, понятно, что объем настоящего изобретения никоим образом не ограничивается конкретными элементами компоновки 30 низа бурильной колонны или системы 10.

Компоновка 30 низа бурильной колонны подсоединена к нижнему (или дальнему) концу бурильной колонны 32. Бурильная колонна 32 проходит до удаленного места, такого как бурильная установка (не показана). Бурильная колонна 32 может содержать непрерывную или составную бурильную трубу и может быть выполнена из стали, других металлов или сплавов, пластмассы, композиционных материалов или какого-либо иного материала (материалов).

Предпочтительно бурильная колонна 32 не вращается при отклонении бурового долота 16 посредством узла 18 отклонения долота, в результате чего ствол 12 скважины бурят в азимутальном направлении (относительно ствола скважины), в котором отклоняют долото. Однако при необходимости система 10 может быть использована для управляемого отклонения бурового долота с вращением бурильной колонны 32.

В одном из способов применения системы 10 продольная ось 36 бурового долота 16 совпадает с продольной осью 38 бурильной колонны 32 при бурении прямой части ствола 12 скважины с вращением бурильной колонны 32 (хотя дополнительно или альтернативно для вращения долота при прямолинейном бурении может быть использован двигатель 24). При необходимости изменения траектории ствола 12 скважины бурильную колонну 32 ориентируют по азимуту относительно ствола скважины, чтобы при действии узла 18 отклонения долота буровое долото 16 отклонялось в требуемом направлении. Эта азимутальная ориентация бурильной колонны 32 может быть обеспечена и подтверждена при помощи датчиков и телеметрических устройств 28.

Действие узла 18 отклонения долота направлено на отклонение бурового долота 16 в требуемом направлении на требуемую величину. Бурильную колонну 16 можно отклонять посредством узла 18 отклонения долота на некоторый угол и/или смещать в боковом направлении. В нижеописанных вариантах величиной отклонения можно управлять выборочно и последовательно.

Отклонением долота можно управлять из удаленного места, при этом узел 18 отклонения долота передает подтверждающую информацию при каждом действии по отклонению бурового долота 16. Эти процессы управления и подтверждения можно осуществлять посредством телеметрических устройств 28 через проводники в бурильной колонне 32 (например, в стенке бурильной колонны и т.п.) или каким-либо иным методом.

В процессе отклонения долота 16 узлом 18 отклонения долота ствол 12 скважины бурят при помощи двигателя 24. Процедура изменения величины отклонения долота 16 в процессе бурения ствола 12 скважины может не требовать проведения манипуляций с бурильной колонной 32 в стволе скважины (например, подъема или спуска бурильной колонны, выполнения определенной манипуляционной схемы с бурильной колонной и т.п.), хотя при необходимости такие манипуляции могут быть осуществлены.

После бурения изогнутой части ствола 12 скважины с отклонением долота 16 узлом 18 процесс отклонения долота можно прекратить путем передачи соответствующего сигнала в узел 18 отклонения долота, после чего можно продолжать бурить прямолинейную часть ствола скважины (хотя ствол скважины можно продолжать бурить прямолинейно путем вращения бурильной колонны 32 с отклоненным долотом). Передача сигнала о прекращении отклонения долота в узел 18 отклонения долота можно выполнить в процессе бурения ствола 12 скважины.

Специалисту понятно, что система 10 характеризуется удобством внесения изменений в направление бурения (для оператора буровой установки) без необходимости извлечения бурильной колонны 32 и компоновки 30 низа бурильной колонны из скважины. В частности, в узел 18 отклонения долота из удаленного места (такого как буровая установка) может быть передан соответствующий сигнал (например, посредством телеметрической, проводной или беспроводной связи) при необходимости осуществления запуска или прекращения процесса отклонения бурового долота 16.

На фиг. 2 в качестве примера в увеличенном масштабе изображен в разрезе один из вариантов исполнения узла 18 отклонения долота. В этом варианте узел 18 отклонения долота содержит механизм 40, отклоняющий ось долота, расположенный в непосредственной близости к соединителю 42 с долотом, предназначенному для соединения компоновки 30 низа бурильной колонны с долотом 16.

Использование отклоняющего механизма 40 для отклонения оси 36 долота в непосредственной близости к долоту 16 позволяет обеспечить большую кривизну ствола 12 скважины в процессе бурения. Величина этой кривизны (также называемая «темпом набора кривизны») может быть легко изменена при бурении путем поворота внутреннего цилиндра 44 относительно наружного цилиндра 46 отклоняющего механизма 40.

Цилиндры 44, 46 имеют наклон относительно оси 36 долота и оси 38 бурильной колонны. Продольная ось 48 цилиндров 44, 46 наклонена относительно оси 36 долота и оси 38 бурильной колонны и не совпадает ни с одной из них. Таким образом, при повороте внутреннего цилиндра 44 относительно наружного цилиндра 46 ось 36 долота поворачивается относительно оси 48 цилиндров и отклоняется на некоторый угол.

Во внутренний цилиндр 44 вставлен вал 50, опирающийся в радиальном направлении на радиальный подшипник 52, обеспечивающий возможность вращения этого вала в отклоняющем механизме 40.

Вал 50 коллинеарен оси 36 долота, причем при повороте внутреннего цилиндра 44 относительно наружного цилиндра 46 вал 50 отклоняется на некоторый угол (то есть изменяется угол α между осью долота и осью 38 бурильной колонны). Вал 50 соединен с другим валом 56, приводимым во вращение ротором двигателя 24 (например, в системе 10, показанной на фиг. 1, вал 56 может быть соединен через гибкий вал узла 22 гибкого вала), через сочленение 54, передающее крутящий момент.

Сочленение 54 обеспечивает угловое отклонение вала 50 (соединенного с долотом 16 с помощью соединителя 42) относительно вала 56. Вал 56 поддерживается коллинеарным с бурильной колонной посредством радиального подшипника 58.

Сочленение 54, показанное на фиг. 2, содержит шарнир равных угловых скоростей. Однако в других примерах могут быть использованы гибкий вал, шлицевой шаровой шарнир или сочленение иного типа.

Внутренний цилиндр 44 поворачивается относительно наружного цилиндра 46 посредством исполнительного органа 60. Исполнительный орган 60 в этом варианте исполнения содержит электрический двигатель 62 с зубчатым колесом 64, сцепленным с зубьями 66 внутреннего цилиндра 44. В других примерах исполнения вместо электрического двигателя 62 и зубчатого колеса 64 могут быть использованы исполнительные органы иного типа (такие как гидравлические двигатели, насосы и поршни, линейные исполнительные органы, пьезоэлектрические исполнительные органы и др.).

Исполнительным органом 60 управляют посредством цепи 68 управления и связи. Например, цепь 68 может управлять процессом поворота внутреннего цилиндра 44 посредством двигателя 62, процессом углового отклонения оси 36 долота и т.д. В другом примере цепь 68 может передавать данные (например, в удаленное место), подтверждающие осуществление заданного отклонения, данные о результатах измерения параметров поворота внутреннего цилиндра 44, данные о результатах измерения параметров отклонения оси 36 долота и т.д.

В узле 18 отклонения долота, показанном на фиг. 2, связь с цепью 68 осуществляют посредством линий 70 (таких как электрические, оптические и/или линии иного типа), проходящих через боковую стенку вала 56 от компоновки 30 низа бурильной колонны над узлом 18 отклонения долота. Дополнительно или альтернативно линии 72 могут проходить через кабелепровод 74 во внутреннем проточном канале 76. Линии 72 могут быть соединены с датчиками, инструментами и т.п. (такими как датчики в долоте 16, которые могут измерять характеристики пласта 14, находящегося перед долотом) под узлом 18 отклонения долота.

Для электрического соединения цепи 68 с линиями 70 и/или 72 могут быть использованы контакты 78 токосъемного кольца. Линии 70 и/или 72 могут соединяться с вышеописанными датчиками и телеметрическими устройствами 28, например, для двунаправленной передачи телеметрических сигналов между цепью 68 и удаленным местом. Таким образом, цепь 68 может получать команды, данные, прочие сигналы, питание (если оно не подведено внутри скважины от аккумуляторов или скважинного генератора) и т.п. из удаленного места и может передавать в удаленное место результаты измерений, полученные при помощи датчиков, другие данные, подтверждение об отклонении оси 36 долота и т.п.

Узел 18 отклонения долота может содержать различные, не показанные на фиг. 2, датчики, предназначенные для измерения параметров, относящихся к отклонению оси 36 долота. Например, для измерения параметров поворота внутреннего цилиндра 44 может быть использован датчик углового перемещения. В другом примере датчик перемещения может быть использован для прямого или опосредованного измерения углового смещения вала 50. В узле 18 отклонения долота могут быть использованы любые датчики или их сочетания в соответствии с настоящим изобретением. Датчики могут быть простыми, такими как переключатели или контакты, замыкающиеся или размыкающиеся в зависимости от углового положения внутреннего цилиндра 44.

В другом примере двигатель 62 может представлять собой шаговый двигатель, поворачивающийся на дискретные угловые положения (шаги). Для определения результирующего углового положения внутреннего цилиндра 44 относительно наружного цилиндра 46 эти шаги в каждом направлении поворота могут быть просуммированы.

Осевую нагрузку, которая возникает при контакте долота 16 с породой пласта 14 в забое ствола 12 скважины от частичного или полного веса бурильной колонны 32, прикладываемого к долоту посредством компоновки 30 низа бурильной колонны, воспринимает упорный подшипник 80. Внутреннее пространство корпуса 84 узла отклонения долота герметизировано вращающимся уплотнением 82, которое предотвращает попадание в это пространство текучих сред, обломочного материала и прочего при нахождении указанного узла в стволе 12 скважины, а также допускает возможность отклонения вала 50 в этом стволе.

На фиг. 3 в качестве примера показан разрез узла 18 отклонения долота, сделанный по линии 3-3 на фиг. 2. Здесь видно, что корпус 84 является нецилиндрическим и продолговатым.

Такая конфигурация предпочтительно обеспечивает дополнительное пространство для размещения в ней компонентов и требуемым образом стабилизирует корпус в стволе 12 скважины в процессе бурения. С этой целью корпус 84 предпочтительно имеет наибольшую ширину D в направлении отклонения оси 36 долота, осуществляемого отклоняющим механизмом 40.

Кроме того, предпочтительно ширина D близка к номинальному диаметру бурового долота 16 для обеспечения сглаживания стенок ствола 12 скважины, меньшей спиралевидности ствола скважины и т.п. Например, ширина D может составлять по меньшей мере около 80% от номинального диаметра долота 16 или предпочтительно по меньшей мере около 90% от номинального диаметра долота.

На фиг. 4 в качестве примера показан другой вариант узла 18 отклонения долота. В этом варианте ось 48 цилиндра не наклонена относительно оси 36 долота, а смещена в боковом направлении относительно нее (на расстояние О). Кроме того, сочленение 54 вала в варианте исполнения, показанном на фиг. 4, содержит гибкий торсионный стержень, соединяющий валы 50, 56 между собой. Радиальный подшипник 58 расположен ближе к сочленению 54 для восприятия боковой силы, действующей при смещении вала 50 в боковом направлении относительно оси 36 долота посредством отклоняющего механизма 40.

При повороте внутреннего цилиндра 44 при помощи двигателя 62 ось 36 долота поворачивается вокруг оси 48 цилиндра, в результате чего ось 36 долота смещается в боковом направлении от оси 38 бурильной колонны. Максимальное боковое смещение достигается при повороте внутреннего цилиндра 44 на 180° от его положения, показанного на фиг. 4.

На фиг. 5 показан еще один вариант узла 18 отклонения долота. В этом варианте сочленение 54 вала содержит шаровой шарнир 86 и шпонки 88. Шаровой шарнир 86 обеспечивает угловое отклонение оси 36 долота относительно оси 38 бурильной колонны, а шпонки 88 передают крутящий момент от вала 56 на вал 50.

Исполнительный орган 60 в варианте, показанном на фиг. 5, содержит насос 90, регулирующий клапан 92, поршень 94 и цилиндр 96. Насосом 90 и регулирующим клапаном 92 может управлять цепь 68, в результате чего поршень 94 может перемещаться в цилиндре 94 в обоих направлениях.

Поршень 94 соединен со ступенчатым клином 98, контактирующим с другим ступенчатым клином 100, в который входит вал 50. Радиальный подшипник 52 поддерживает вал 50 при его вращении в ступенчатом клине 100 и воспринимает боковые силы, создаваемые при боковом смещении вала посредством отклоняющего механизма 40.

Путем смещения клина 98 относительно клина 100 могут быть осуществлены дискретные последовательные боковые смещения оси 36 долота. Для удобства определения бокового положения вала 50 положение и/или смещение клина 98 можно измерять датчиком 102 (таким как линейный регулируемый преобразователь перемещения, потенциометр и т.п.).

Следует отметить, что ось 36 долота также поворачивается вокруг сочленения 54 вала при боковом смещении нижнего конца вала 50 посредством отклоняющего механизма 40. Таким образом, в узле 18 отклонения долота ось 36 долота можно как смещать в боковом направлении, так и отклонять на некоторый угол посредством отклоняющего механизма 40.

Один из полезных признаков вариантов узла 18 отклонения долота, показанных на фиг. 2-5, состоит в том, что отклоняющая сила, приложенная посредством отклоняющего механизма 40 к валу 50, не встречает противодействия на участке между отклоняющим механизмом и буровым долотом 16. Таким образом, любое отклонение оси 36 долота в отклоняющем механизме 40 приводит к фактическому отклонению бурового долота 16. Между отклоняющим механизмом 40 и буровым долотом 16 отсутствуют радиальные подшипники, которые могли бы противодействовать боковой силе, прикладываемой к валу 50 посредством отклоняющего механизма 40.

На фиг. 6 показано устройство 104 бокового смещения, которое может входить в состав узла 18 отклонения долота. Устройство 104 бокового смещения предназначено для бокового смещения узла 18 отклонения долота в стволе 12 скважины.

От устройства 104 бокового смещения наружу проходит выдвигаемый в боковом направлении элемент 34 и контактирует со стенкой ствола 12 скважины. В результате этого узел отклонения долота может смещаться в боковом направлении, по направлению к противоположной стороне ствола 12 скважины, как показано на фиг. 6.

В устройстве 104 бокового смещения могут быть использованы исполнительный орган 60 и цепь 68, аналогичные раскрытым применительно к процессу отклонения оси 36 долота в узле 18 отклонения долота. В варианте, показанном на фиг. 6, исполнительный орган 60 используют для смещения клина 106, контактирующего с наклонной поверхностью 108 элемента 34. В устройстве 104 может быть использован исполнительный орган 60 любого типа (например, электрический, гидравлический, пьезоэлектрический, оптический и др.).

Цепь 68 соединена с датчиком 110 (таким как датчик давления, антенна и др.), который может измерять сигнал 112 (такой как импульсы давления, электромагнитный сигнал и др.), передаваемый из удаленного места. Цепь 68 может реагировать на соответствующий сигнал 112, приводя в действие исполнительный орган 60, в результате чего элемент 34 выдвигается или отводится.

На фиг. 6 показано отклоняющее устройство 104 с клином 106, используемое для смещения элемента 34, однако понятно, что для смещения этого элемента также может быть использована соответствующая модификация любого из вышеописанных отклоняющих механизмов 40, предназначенных для отклонения вала 50. Таким образом, отклоняющее устройство 104 может обеспечивать пошаговые, дискретные, разовые отклонения элемента 34 на величину, регулируемую из удаленного места, с передачей подтверждающей информации об этих отклонениях от устройства 104 в удаленное место в процессе бурения ствола 12 скважины.

Как показано на фиг. 1, отклоняющее устройство 104 предпочтительно расположено в непосредственной близости к корпусу 84, содержащему отклоняющий механизм 40, предназначенный для отклонения оси 36 долота. Таким образом, благодаря боковому смещению узла 18 в стволе 12 скважины (посредством отклоняющего устройства 104), в результате чего ось 36 долота также отклоняется в том же азимутальном направлении относительно ствола скважины (посредством отклоняющего механизма 40), может быть достигнут больший изгиб ствола 12 скважины (например, больший темп набора кривизны).

В любом из описанных выше вариантов отклонение вала 50 или элемента 34 может быть заблокировано (для предотвращения нежелательного изменения отклонения) при помощи любого стопорного устройства. Например, может быть использовано механическое, гидравлическое, электрическое стопорное устройство или стопорное устройство иного типа.

Понятно, что раскрытое выше изобретение позволяет значительно усовершенствовать технологию наклонно-направленного бурения. В различных вышеописанных вариантах компоновка 30 низа бурильной колонны может достичь увеличенных темпов набора кривизны, давая при этом возможность осуществлять удаленное управление отклонением оси 36 долота, а также передавать данные, подтверждающие это отклонение, в процессе бурения ствола 12 скважины.

Выше раскрыта система 10 наклонно-направленного бурения, предназначенная для использования при бурении ствола 12 скважины. В одном варианте система 10 может содержать узел 18 отклонения долота, имеющий механизм 40 отклонения оси долота, прикладывающий отклоняющую силу к валу 50, соединенному с буровым долотом 16. Отклоняющая сила отклоняет вал 50, не встречая противодействия на участке между отклоняющим механизмом 40 и буровым долотом 16. Благодаря этому может быть обеспечена большая степень отклонения оси 36 долота, в результате чего могут быть достигнуты более высокие темпы набора кривизны, больший изгиб ствола 12 скважины и т.п.

Отклоняющий механизм 40 может быть присоединен между буровым долотом 16 и сочленением 54, допускающим отклонение вала 50. Сочленение 54 может содержать шарнир равных угловых скоростей, шлицевой шаровой шарнир и/или гибкий торсионный стержень.

Отклоняющий механизм 40 может поворачивать ось 36 долота вокруг наклонной оси 48. Наклонная ось 48 может относиться к наклонному цилиндру 44, выполненному с возможностью вращения вокруг вала 50.

Отклоняющий механизм 40 может смещать ось 36 долота в боковом направлении и/или отклонять ее на некоторый угол.

Отклонение вала 50 посредством отклоняющего механизма 40 может представлять собой последовательность отдельных шагов.

Отклоняющий механизм 40 заключен в корпус 84, который может иметь нецилиндрическую форму, и/или его поперечное сечение может иметь продолговатую форму.

Узел 18 отклонения долота можно выборочно отклонять в боковом направлении посредством выдвигаемого в боковом направлении элемента 34. Элемент 34 может прикладывать смещающую силу к стенке ствола 12 скважины в ответ на сигнал 112, передаваемый из удаленного места. Отклоняющий механизм 40 может быть расположен между выдвигаемым элементом 34 и буровым долотом 16.

Множество различных отклонений оси 36 долота, осуществленных отклоняющим механизмом 40, можно измерять датчиком 102.

Сигнал, указывающий на отклонение оси 36 долота, можно передавать в удаленное место.

Выше также раскрыта система 10 наклонно-направленного бурения, которая в одном из вариантов исполнения может содержать узел 18 отклонения долота, имеющий механизм 40, отклоняющий ось долота, выполненный с возможностью приложения отклоняющей силы к первому валу 50, соединенному с буровым долотом 16. Отклоняющая сила может отклонять первый вал 50, расположенный между буровым долотом 16 и радиальным подшипником 58, центрирующим второй вал 56 в узле 18 отклонения долота.

Узел 18 отклонения долота может быть выполнен без радиальных подшипников, расположенных между отклоняющим механизмом 40 и буровым долотом 16 и центрирующих вал 50 с боковых сторон.

Раскрытым выше изобретением также предложена система 10 наклонно-направленного бурения, в которой отклоняющий механизм 40 выполнен с возможностью осуществления как углового отклонения, так и бокового смещения проходящей через него оси 36 долота.

Хотя каждый из вышеописанных вариантов характеризуется конкретными признаками, следует понимать, что тот или иной признак, относящийся к конкретному варианту, необязательно присущ только лишь этому варианту. Напротив, любые из признаков, описанных выше и/или изображенных на чертежах, могут относиться к любому из вариантов дополнительно к другим признакам, присущим этим вариантам, или вместо тех или иных признаков, присущих этим вариантам. Признаки, относящиеся к одному варианту, не являются взаимоисключающими по отношению к признакам, относящимся к другому варианту. Напротив, объем настоящего изобретения охватывает любые признаки в любом сочетании таковых.

Хотя каждый из вышеописанных вариантов характеризуется конкретными сочетаниями признаков, следует понимать, что необязательно должны быть использованы все признаки, относящиеся к тому или иному варианту. Напротив, могут быть использованы любые из вышеописанных признаков, и могут не использоваться какой-либо другой конкретный признак или какие-либо другие конкретные признаки.

Следует понимать, что различные варианты осуществления изобретения, раскрытые в данном документе, могут использоваться с разного рода пространственной ориентацией, в том числе наклонной, перевернутой, горизонтальной, вертикальной и т.п., а также могут применяться в различных конфигурациях без отклонения от принципов настоящего изобретения. Варианты осуществления изобретения приведены только в качестве примеров полезного практического применения принципов настоящего изобретения, которые не ограничиваются какими-либо конкретными особенностями данных вариантов осуществления изобретения.

В вышеизложенном описании приведенных для примера вариантов осуществления изобретения слова, выражающие направление (такие как «над», «под», «верхний», «нижний» и т.п.), использованы для удобства иллюстрации информации, приведенной на соответствующих чертежах. Однако следует четко понимать, что объем настоящего изобретения не ограничивается какими-либо из конкретных направлений, описанных в данном документе.

Словосочетания и слова «включающий в себя», «включает в себя», «содержащий», «содержит», «имеющий», «имеет» и другие слова, аналогичные им по смыслу, употреблены в значениях, не ограничивающих объем настоящего изобретения. Например, если указано, что система, способ, аппарат, устройство «содержит» конкретный признак или элемент, это значит, что система, способ, аппарат, устройство может содержать этот признак или элемент, а также может содержать дополнительные признаки или элементы. Аналогичным образом подразумевается, что слово «содержит» обозначает «содержит, но не ограничивается таковым».

Безусловно, на основе тщательного ознакомления с вышеизложенным описанием приведенных для примера вариантов осуществления изобретения специалисту будет понятно, что отдельные компоненты данных конкретных вариантов осуществления изобретения могут быть модифицированы, дополнены, заменены, исключены, а также в данные конкретные варианты осуществления изобретения могут быть внесены другие изменения в соответствии с принципами настоящего изобретения. Соответственно, следует четко понимать, что вышеприведенное подробное описание дано только лишь в качестве примера и иллюстрации, причем суть и объем настоящего изобретения ограничиваются исключительно признаками, указанными в пунктах формулы изобретения, и их эквивалентами.

Группа изобретений относится к области наклонно-направленного бурения скважин. Система наклонно-направленного бурения содержит корпус, вал, размещенный в корпусе, буровое долото, соединенное с валом и выполненное с возможностью вращения им, причем это буровое долото имеет ось, узел отклонения долота, размещенный в корпусе и включающий в себя механизм, отклоняющий ось долота, содержащий цилиндр, который наклонен относительно оси бурового долота и выполнен с возможностью поворота и с возможностью приложения отклоняющей силы к валу с обеспечением отклонения вала, не встречая противодействия на участке между отклоняющим механизмом и буровым долотом. Обеспечивается увеличение темпа набора кривизны. 3 н. и 50 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система наклонно-направленного бурения, предназначенная для применения при бурении ствола скважины и содержащая
корпус,
вал, размещенный в корпусе,
буровое долото, соединенное с валом и выполненное с возможностью вращения им, причем это буровое долото имеет ось,
узел отклонения долота, размещенный в корпусе и включающий в себя механизм, отклоняющий ось долота, содержащий цилиндр, который наклонен относительно оси бурового долота и выполнен с возможностью поворота и с возможностью приложения отклоняющей силы к валу с обеспечением отклонения вала, не встречая противодействия на участке между отклоняющим механизмом и буровым долотом.

2. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм присоединен между буровым долотом и сочленением, обеспечивающим отклонение вала.

3. Система по п. 2, в которой сочленение содержит шарнир равных угловых скоростей.

4. Система по п. 2, в которой сочленение содержит шлицевой шаровой шарнир.

5. Система по п. 2, в которой сочленение содержит гибкий торсионный стержень.

6. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью поворота оси долота вокруг наклонной оси.

7. Система по п. 6, в которой наклонная ось образована в указанном поворачиваемом цилиндре, выполненном с возможностью вращения вокруг вала.

8. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью смещения оси долота в боковом направлении.

9. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения оси долота на угол.

10. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения оси долота на угол и смещения ее в боковом направлении.

11. Система по п. 1, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения вала путем последовательности отдельных шагов.

12. Система по п. 1, в которой корпус заключает в себе отклоняющий механизм и не является цилиндрическим.

13. Система по п. 1, в которой корпус заключает в себе отклоняющий механизм и имеет продолговатое поперечное сечение.

14. Система по п. 1, дополнительно содержащая выдвигаемый в боковом направлении элемент, выполненный с возможностью выборочного отклонения в боковом направлении узла отклонения долота.

15. Система по п. 14, в которой указанный элемент выполнен с возможностью приложения смещающей силы к стенке ствола скважины в ответ на сигнал, передаваемый из удаленного места.

16. Система по п. 14, в которой отклоняющий механизм расположен между выдвигаемым элементом и буровым долотом.

17. Система по п. 1, в которой имеется датчик, предназначенный для измерения множества различных отклонений оси долота, осуществляемых отклоняющим механизмом.

18. Система по п. 1, в которой обеспечен передаваемый в отдаленное место сигнал, указывающий на отклонение оси долота.

19. Система наклонно-направленного бурения, предназначенная для использования при бурении ствола скважины и содержащая
корпус, имеющий ось,
первый вал, расположенный в корпусе,
второй вал,
радиальный подшипник, выполненный с возможностью поддерживания второго вала коллинеарным с осью корпуса,
буровое долото, соединенное с первым валом и выполненное с возможностью вращения им, причем это буровое долото имеет ось,
и узел отклонения долота, размещенный в корпусе и включающий в себя механизм отклонения оси долота, содержащий цилиндр, который наклонен относительно оси бурового долота и выполнен с возможностью поворота и с возможностью приложения отклоняющей силы к первому валу с обеспечением отклонения первого вала на участке между буровым долотом и указанным радиальным подшипником.

20. Система по п. 19, в которой отклоняющий механизм присоединен между буровым долотом и сочленением, допускающим отклонение первого вала относительно второго вала.

21. Система по п. 20, в которой сочленение содержит шарнир равных угловых скоростей.

22. Система по п. 20, в которой сочленение содержит шлицевой шаровой шарнир.

23. Система по п. 20, в которой сочленение содержит гибкий торсионный стержень.

24. Система по п. 19, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью поворота оси долота вокруг наклонной оси.

25. Система по п. 24, в которой наклонная ось образована в указанном поворотном цилиндре, выполненном с возможностью вращения вокруг первого вала.

26. Система по п. 19, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью смещения оси долота в боковом направлении.

27. Система по п. 19, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения оси долота на угол.

28. Система по п. 19, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения оси долота на угол и смещения ее в боковом направлении.

29. Система по п. 19, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения вала путем осуществления последовательности отдельных шагов.

30. Система по п. 19, в которой корпус заключает в себе отклоняющий механизм и имеет нецилиндрическую форму.

31. Система по п. 19, в которой корпус заключает в себе отклоняющий механизм и имеет поперечное сечение продолговатой формы.

32. Система по п. 19, дополнительно содержащая выдвигаемый в боковом направлении элемент, выполненный с возможностью выборочного отклонения в боковом направлении узла отклонения долота.

33. Система по п. 32, в которой указанный элемент выполнен с возможностью приложения смещающей силы к стенке ствола скважины в ответ на сигнал, передаваемый из удаленного места.

34. Система по п. 32, в которой отклоняющий механизм расположен между выдвигаемым элементом и буровым долотом.

35. Система по п. 19, в которой имеется датчик, выполненный с возможностью измерения множества различных отклонений оси долота, осуществляемых отклоняющим механизмом.

36. Система по п. 19, в которой обеспечен передаваемый в отдаленное место сигнал, указывающий на отклонение оси долота.

37. Система по п. 19, в которой узел отклонения долота выполнен без радиальных подшипников, расположенных между отклоняющим механизмом и буровым долотом и центрирующих первый вал с боковых сторон.

38. Система наклонно-направленного бурения, предназначенная для использования при бурении ствола скважины и содержащая
корпус,
вал, расположенный в корпусе,
буровое долото, соединенное с валом и выполненное с возможностью вращения им, причем это буровое долото имеет ось,
и узел отклонения долота, размещенный в корпусе и включающий в себя механизм, отклоняющий ось долота, содержащий цилиндр, который наклонен относительно оси бурового долота и выполнен с возможностью поворота и с возможностью приложения отклоняющей силы к валу,
причем отклоняющий механизм выполнен с возможностью осуществления как углового отклонения, так и бокового смещения оси долота.

39. Система по п. 38, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения вала, не встречая противодействия на участке между отклоняющим механизмом и буровым долотом.

40. Система по п. 38, в которой отклоняющий механизм присоединен между буровым долотом и сочленением, допускающим отклонение вала.

41. Система по п. 40, в которой сочленение содержит шарнир равных угловых скоростей.

42. Система по п. 40, в которой сочленение содержит шлицевой шаровой шарнир.

43. Система по п. 40, в которой сочленение содержит гибкий торсионный стержень.

44. Система по п. 38, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью поворота оси долота вокруг наклонной оси.

45. Система по п. 44, в которой наклонная ось образована в указанном поворотном цилиндре, выполненном с возможностью вращения вокруг вала.

46. Система по п. 38, в которой отклоняющий механизм выполнен с возможностью отклонения вала путем осуществления последовательности отдельных шагов.

47. Система по п. 38, в которой корпус заключает в себе отклоняющий механизм и является нецилиндрическим.

48. Система по п. 38, в которой корпус заключает в себе отклоняющий механизм и имеет продолговатое поперечное сечение.

49. Система по п. 38, дополнительно содержащая выдвигаемый в боковом направлении элемент, выполненный с возможностью выборочного отклонения в боковом направлении узла отклонения долота.

50. Система по п. 49, в которой указанный элемент выполнен с возможностью приложения смещающей силы к стенке ствола скважины в ответ на сигнал, передаваемый из удаленного места.

51. Система по п. 49, в которой отклоняющий механизм расположен между выдвигаемым элементом и буровым долотом.

52. Система по п. 38, в которой предусмотрен датчик, выполненный с возможностью измерения множества различных отклонений оси долота, осуществляемых отклоняющим механизмом.

53. Система по п. 38, в которой обеспечен передаваемый в удаленное место сигнал, указывающий на отклонение оси долота.